火電廠凝結(jié)水調(diào)負荷一次調(diào)頻策略優(yōu)化研究

范勇

摘 ? 要：神華重慶萬州港電公司2×1050MW超超臨界機組自投產(chǎn)以來主要采用汽機高壓調(diào)門節(jié)流調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制方式，為了提高機組運行經(jīng)濟性，實現(xiàn)節(jié)能減排，采用基于凝結(jié)水節(jié)流的節(jié)能型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)汽機高壓調(diào)門全開或接近全開，同時滿足機組的涉網(wǎng)性能。凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷是指在機組變負荷時，在凝汽器和除氧器允許的水位變化范圍內(nèi)，通過改變除氧器上水調(diào)節(jié)閥的開度，改變凝結(jié)水流量，從而改變抽汽量，暫時獲得或釋放一部分機組的負荷，彌補汽機調(diào)門全開、負荷響應(yīng)慢的缺陷，滿足機組變負荷性能要求的同時，實現(xiàn)節(jié)能的效果。該控制功能增加了凝結(jié)水響應(yīng)機組變負荷及一次調(diào)頻功能的控制邏輯及鍋爐控負荷、汽機控壓力的新協(xié)調(diào)方式，并在此基礎(chǔ)上增加汽機調(diào)門全開功能。通過凝結(jié)水側(cè)及協(xié)調(diào)控制邏輯的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)在滿足機組變負荷及一次調(diào)頻性能基礎(chǔ)上，達到機組節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻 ?協(xié)調(diào)控制 ?控制邏輯

中圖分類號：TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0036-04

1 ?凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能邏輯修改內(nèi)容

凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能邏輯修改主要包括凝結(jié)水側(cè)輔助回路邏輯修、新型節(jié)能型協(xié)調(diào)控制回路邏輯兩個部分。兩個部分修改的控制邏輯，僅在凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能投用時有效，當該功能未投用時，仍依原有控制回路進行調(diào)節(jié)。

1.1 凝結(jié)水側(cè)輔助回路邏輯

（1）增加凝汽器水位與除氧器水位的加權(quán)水位計算回路。

凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能投用后，凝汽器正常補水調(diào)節(jié)改為調(diào)節(jié)凝汽器與除氧器的加權(quán)水位。

（2）增加低加疏水前饋回路邏輯。

在#5、#6、#7低加正常疏水回路及#7低加疏水泵變頻回路上增加了基于凝結(jié)水流量的前饋回路。

（3）增加凝泵變頻控制回路邏輯。

400～1050MW負荷段，凝結(jié)水泵變頻控制由原來控制除氧器水位修改為負荷指令的函數(shù)，負荷升高，凝泵頻率升高;負荷降低，凝泵頻率隨之減小。

（4）增加凝泵再循環(huán)控制回路邏輯。

凝泵再循環(huán)控制回路由凝結(jié)水流量低于900t/h開啟，750t/h開至100%的開環(huán)控制，改為調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量的閉環(huán)控制回路。

其中凝結(jié)水流量設(shè)定值為凝泵頻率的函數(shù)，具體函數(shù)關(guān)系如表1所示。

1.2 新型節(jié)能型協(xié)調(diào)控制回路邏輯

（1）增加新的協(xié)調(diào)方式。

增加鍋爐調(diào)節(jié)機組負荷、汽機調(diào)節(jié)主蒸汽壓力的新型協(xié)調(diào)控制回路。其中鍋爐調(diào)節(jié)機組負荷回路為重新設(shè)計的控制回路，汽機主控回路采用原有汽機控制邏輯中的壓力控制回路。新協(xié)調(diào)方式與機組原協(xié)調(diào)方式通過新協(xié)調(diào)方式投切開關(guān)進行方式切換，新協(xié)調(diào)方式投切開關(guān)邏輯。

（2）增加新協(xié)調(diào)方式下汽機調(diào)門全開控制邏輯。

為實現(xiàn)在新協(xié)調(diào)方式下汽機調(diào)門在全開位置，增加調(diào)門全開方式，該方式下，將原有壓力設(shè)定值上疊加一負向偏置（-3.5MPa），在壓力控制回路調(diào)節(jié)作用下，汽機調(diào)門開至全開位置。

（3）增加變負荷判斷及變負荷超調(diào)邏輯。

增加在新協(xié)調(diào)方式下機組加減負荷判斷邏輯，增加機組加減負荷過程的變負荷超調(diào)邏輯，并將變負荷超調(diào)量分別疊加到燃料、給水、風(fēng)量控制回路中。

（4）增加新協(xié)調(diào)方式下一次調(diào)頻邏輯。

在新協(xié)調(diào)方式下，增加一次調(diào)頻增減負荷的判斷邏輯及一次調(diào)頻負荷指令邏輯。增加一次調(diào)頻前饋邏輯，根據(jù)一次調(diào)頻負荷指令折算成相應(yīng)的燃料、給水、風(fēng)量，并將其疊加到燃料、給水、風(fēng)量控制回路中。

（5）一次調(diào)頻輔助控制邏輯。

在新協(xié)調(diào)投入且汽機調(diào)門全開方式下，增加汽機主控回路響應(yīng)一次調(diào)頻減負荷的輔助調(diào)節(jié)邏輯。當電網(wǎng)頻率較高時，快速關(guān)小汽機高調(diào)門開度，暫時釋放一定的負荷量，達到電網(wǎng)頻率高時快速減負荷的目的。

（6）給水控制回路優(yōu)化邏輯。

新協(xié)調(diào)方式下，為能夠更快的響應(yīng)負荷的變化，增加給水慣性時間優(yōu)化回路。在變負荷過程中，減小給水慣性時間，更快的增加給水。

另外，給水控制回路中，原分離器溫度控制回路改為了控制頂棚過熱器溫度。

（7）增加凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能投入及切除邏輯。

增加凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能投入限制條件，及異常自動退出條件。

（8）增加加減負荷判斷及閉鎖邏輯。

增加凝結(jié)水調(diào)負荷功能的加減負荷判斷邏輯，并依據(jù)除氧器水位及凝汽器水位的波動情況的機組加減負荷及一次調(diào)頻增減負荷閉鎖邏輯。當除氧器或凝汽器水位波動超過設(shè)定邊界值時，則閉鎖凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負荷功能。

（9）增加除氧器上水調(diào)節(jié)閥主控制回路邏輯。

新增除氧器上水調(diào)節(jié)閥主控制回路及變負荷、一次調(diào)頻增減負荷至除氧器上水調(diào)節(jié)閥的前饋回路。當機組未處于加減負荷及一次調(diào)頻過程時，除氧器上水調(diào)節(jié)閥控制回路調(diào)節(jié)除氧器水位，當機組在加減負荷或一次調(diào)頻增減負荷過程時，除氧器上水調(diào)節(jié)閥主要響應(yīng)機組負荷需求，并兼顧調(diào)節(jié)除氧器水位。

（10）增加除氧器上水調(diào)節(jié)閥閥門限制邏輯。

增加依據(jù)機組負荷及凝泵工頻或變頻頻率自動閥限邏輯，避免因除氧器上水調(diào)節(jié)閥響應(yīng)負荷過程中過度開大或關(guān)小造成凝結(jié)水流量過大或過小，進而影響到設(shè)備的正常運行。

（11）除氧器上水調(diào)節(jié)閥水位偏差限制邏輯。

增加水位偏差限制邏輯。當機組處于加減負荷或一次調(diào)頻增減負荷過程中時，自動擴大除氧器水位偏差死區(qū)范圍，在水位偏差死區(qū)范圍內(nèi)，除氧器上水調(diào)節(jié)閥僅響應(yīng)負荷需求，當水位偏差超過偏差死區(qū)時，除氧器上水調(diào)節(jié)閥恢復(fù)調(diào)節(jié)水位功能。

（12）增加低溫省煤器輔助變負荷邏輯。

增加基于除氧器上水調(diào)閥變化幅度的前饋邏輯。在加負荷過程中，依據(jù)除氧器上水閥門變化的幅度，適當增大低溫省煤器凝結(jié)水氣動調(diào)節(jié)閥開度。減負荷過程，適當減小低溫省煤器凝結(jié)水氣動調(diào)節(jié)閥開度。

2 ?凝結(jié)水調(diào)負荷一次調(diào)頻優(yōu)化策略

2.1 大頻差控制優(yōu)化

萬州電廠在大頻差下加負荷性能不佳，主要是由于之前發(fā)生了低頻加負荷，蓄能已部分釋放。針對這一問題，對凝水調(diào)頻增加大頻差工況控制，當電網(wǎng)頻率變化超過4rpm時自動觸發(fā)該功能，頻率正常后恢復(fù)，大頻差控制進行如下優(yōu)化。

（1）增加大頻差時一次調(diào)頻至除氧器上水調(diào)節(jié)閥響應(yīng)幅度，從目前的動作幅度：-28～+38增大到：-58～﹢58。

（2）降低一次調(diào)頻至除氧器上水調(diào)節(jié)閥下限限值，從目前的35%開度下限降至20%（試驗時，1號機組最低降至20%，2號機組最低降至10%），此時會自動開啟凝泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，故要求該閥在自動狀態(tài)（如在手動，則不下調(diào)閥位）。

（3）預(yù)留大頻差時水位波動空間，目前水位調(diào)節(jié)范圍為除氧器：1300～2400mm，凝汽器：600～1600mm，允許大頻差時進一步放寬水位調(diào)節(jié)范圍（定值待定）。同時大頻差下擴大除氧器水位調(diào)節(jié)死區(qū)，適度延長恢復(fù)時間。

（4）適度抬高除氧器水位設(shè)定值，降低凝汽器水位設(shè)定值，增大凝結(jié)水側(cè)加負荷蓄能。

（5）投用大頻差一次調(diào)頻減負荷時汽機調(diào)門回關(guān)功能，目前機組已具備這一功能。

2.2 小頻差控制優(yōu)化

分析目前的考核數(shù)據(jù)，主要有電網(wǎng)頻率-機組轉(zhuǎn)速不一致、凝結(jié)水蓄能不足、凝水調(diào)頻退出等原因，對于小頻差下的一次調(diào)頻，進行如下優(yōu)化。

（1）優(yōu)化一次調(diào)頻負荷響應(yīng)區(qū)間。分析考核指標及考核數(shù)據(jù)，當機組負荷低于580MW或高于1000MW時，一次調(diào)頻免考核，因此對570MW以下一次調(diào)頻加減幅度及1000WM以上加負荷幅度進行弱化。

（2）優(yōu)化一次調(diào)頻動作時間。分析考核指標及考核數(shù)據(jù)，一次調(diào)頻考核量僅記錄1min。因此當一次調(diào)頻動作單次超過65s開始復(fù)位一次調(diào)頻，利于凝結(jié)水蓄能恢復(fù)。

（3）適度抬高凝泵變頻頻率，以提高除氧器上水調(diào)門動作時凝結(jié)水流量的變化幅度，進而提高負荷響應(yīng)量（主要針對減負荷）。

（4）結(jié)合實際數(shù)據(jù)，優(yōu)化一次調(diào)頻加負荷動作幅度、一次調(diào)頻快動慢回功能。

2.3 一次調(diào)頻控制優(yōu)化邏輯修改

（1）在T5控制器NJS CTRL LOAD里新增大頻差控制邏輯，增加大頻差低頻動作信號及增加一次調(diào)頻低于10s、一次調(diào)頻高于25s以上時，當一次調(diào)頻結(jié)束時快速恢復(fù)除氧器上水調(diào)節(jié)閥，以及一次調(diào)頻持續(xù)時間超過65s時，自動恢復(fù)除氧器上水調(diào)節(jié)閥邏輯，如圖1中方框所示。

圖1中方框所示為功能投用切換開關(guān)，依次為一次調(diào)頻動作超過25s后一次調(diào)頻結(jié)束時快速恢復(fù)除氧器上水調(diào)門切換開關(guān)、一次調(diào)頻動作大于65s后快速恢復(fù)除氧器上水調(diào)門切換開關(guān)、一次調(diào)頻動作低于10s時快速恢復(fù)除氧器上水調(diào)門切換開關(guān)以及一次調(diào)頻大頻差低頻觸發(fā)切換開關(guān)。投用時將紅框內(nèi)的ON/OFF切換開關(guān)置為1。

（2）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的變負荷前饋-2中增加一次調(diào)頻大頻差觸發(fā)時自適應(yīng)一次調(diào)頻上下限幅度函數(shù)，以及一次調(diào)頻快速切回功能。

（3）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的水位偏差限制邏輯頁中增加一次調(diào)頻大頻差觸發(fā)時自適應(yīng)除氧器上水調(diào)節(jié)閥前饋上下限幅度函數(shù)。

（4）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的閥門限制邏輯頁中增加一次調(diào)頻大頻差低頻觸發(fā)時基于凝泵頻率的除氧器上水調(diào)節(jié)閥閥限函數(shù)，如圖2中大方框所示。

（5）在T5控制器NJS CTRL LOAD里加減負荷閉鎖控制邏輯頁中，增加水位超限閉鎖回差功能，避免水位在限值附近來回動作，造成除氧器上水調(diào)門頻繁波動。同時增加大頻差時進一步擴大凝汽器液位計除氧器液位調(diào)節(jié)范圍，增大大頻差下一次調(diào)頻動作能力。

（6）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的變負荷前饋-2中適度弱化了550MW以下負荷段的一次調(diào)頻負荷修正函數(shù)。

（7）在T5 CNDW MINFLOW RECIR RGLV-PA中凝結(jié)水最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥控制邏輯頁中增加低頻大頻差的凝泵再循環(huán)自動投入脈沖信號。

（8）在T5 CNDW MINFLOW RECIR RGLV-PA中NEW AUX控制邏輯頁中增加低頻大頻差下基于除氧器上水調(diào)節(jié)閥快開凝泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的前饋信號。

3 ?提高機組一次調(diào)頻動作合格率的策略

萬州電廠側(cè)采用機端轉(zhuǎn)速作為一次調(diào)頻判斷為依據(jù)，電網(wǎng)理論計算以板橋站為基準，由于信號不同造成一次調(diào)頻出現(xiàn)多次反調(diào)。以9月27日為例，低頻動作次數(shù)1549次，高頻動作1401次，頻繁動作導(dǎo)致除氧器水位限制閉鎖一次調(diào)頻動作或者頻繁消耗鍋爐蓄能，造成積分電量不足。實際有效動作次數(shù)超過15s僅有20多次。西南電網(wǎng)異步運行后，全網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量肯定減少，頻率波動會加劇，類似于9月份調(diào)頻動作情況，高頻與低頻1天的動作量總共有3000～4000多次，但實際有效動作（超過15s）不到30次，

3.1 一次調(diào)頻優(yōu)化

（1）前饋直接改接到PID后，因為設(shè)計時PID就是采用的非耦合PID而非經(jīng)典PID，所以前饋直接改接到PID后，既可避免PID本身算法的影響，也不影響整體控制策略。

（2）以1.6轉(zhuǎn)為死區(qū)，可以增加有效動作判斷回路，從9月份動作數(shù)據(jù)來看：

①有效動作316次，合格230次、不合格86次，合格率70.55%。

②響應(yīng)滯后超過1s占有效動作次數(shù)（316次）3.8%。

③與其他電廠交流后，所有火電廠依據(jù)自己的實際情況都將低頻動作死區(qū)改小，提前動作。所以在動作同步的情況下可以增加有效判斷回路，減少調(diào)門擾動。

（3）增加延時建議最多1s，出于三方面考慮如下。

①增加延時本身是在損失積分電量為代價，因為每一次動作我們無法預(yù)估實際動作多少，延時過大會使積分電量共享不足造成考核，之前做過統(tǒng)計增加延時1s可減少66.6%調(diào)門非有效動作次數(shù)。

②依據(jù)電網(wǎng)有效判斷準則條件二：“有效擾動15s后超過0.035Hz且保持1s”?？梢詫⒀訒r1s與保持1s結(jié)合。

③考慮到高精度表的精度及延時1s增加至快動慢回回路，可以將門檻值定為0.036Hz（電網(wǎng)準則設(shè)定為0.035Hz），可以有效地減少低于0.036Hz內(nèi)小偏差擾動。

3.2 AGC考核優(yōu)化

依據(jù)網(wǎng)調(diào)匯報：AGC主站具有“當下發(fā)指令后機組未跟蹤到位，則發(fā)出告警提示運行人員;若3次控制指令不跟蹤響應(yīng)，應(yīng)自動退出AGC控制”?，F(xiàn)我廠沒有自動退出功能，但3次控制指令不跟蹤響應(yīng)會出現(xiàn)AGC響應(yīng)緩慢造成考核。DCS側(cè)可以增加3次控制指令不跟蹤報警，利用掃描周期計算次數(shù)，3次后報警提醒運行。

4 ?結(jié)語

凝結(jié)水調(diào)頻控制策略的優(yōu)化，可以快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求時， 機組鍋爐側(cè)響應(yīng)滯后的特性， 大大改善了目前的AGC和一次調(diào)頻性能， 電網(wǎng)考核款大幅減少。應(yīng)用凝結(jié)水調(diào)頻控制策略后， 鍋爐側(cè)的調(diào)節(jié)幅度減少， 機組的整體控制穩(wěn)定性也得到了明顯改善，在經(jīng)濟上及安全上達到良好的效果。

參考文獻

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